【文章內容簡介】 ） 液 ） （ ）改變上式中的 n 值，便形成相應濃度的產品硫酸。當 n1 時，形成發(fā)煙硫酸；n=1 時，形成無水硫酸；n1 時，則為含水硫酸，即硫酸和水的溶液。要求生產發(fā)煙硫酸時，可采用兩端吸收流程。轉化氣一次通過發(fā)煙硫酸吸收塔和濃硫酸吸收塔，分別為發(fā)煙硫酸和%硫酸吸收 SO3氣體后，氣相中的 SO3含量可降至 ~%，然后由濃硫酸吸收塔出口引至尾氣處理部分，或直接經過捕沫后放空?，F(xiàn)今三氧化硫吸收技術的發(fā)展主要表現(xiàn)在填料性能的改進，布酸設備的改進和冷卻器設計材料的改進。 尾氣的處理硫酸廠尾氣中的有害物，主要是 SO2（約 %~%） ，少量的 SO3和酸霧。因此，減少尾氣中的有害物的排放，主要應該是提高 SO2的轉化率及 SO3的吸收率。提高 SO2的最終轉化率，使之達到 %，就符合目前的排放標準。采用兩轉兩吸流程時，在正常的條件下，是可以達到的。故在新建的硫酸廠中，這種流程以得到廣泛的采用。但是，在早期建成的硫酸裝置中，絕大多數(shù)為一轉一吸流程，對尾氣及含低濃度 SO2氣體的處理方法甚多，且各具特色，主要有：（1）氨法用氨水或銨鹽溶液吸收形成亞硫酸銨—亞硫酸氫銨吸收液。連續(xù)引出部分吸收液進行處理，隨著處理方法的不同，所獲得的產品異不同。其中應用最廣的是氨—堿法。（2）堿法用各種堿液吸收尾氣中的 SO2，可以免除氨法中氨的損失和霧沫。常用的堿吸收液有碳酸鈉溶液，氫氧化鎂溶液及石灰乳等。其共同的優(yōu)點是：脫除率高，工藝簡單。其中，石灰乳吸收法的突出優(yōu)點是石灰來源方便，價格低廉，投資和操作費用較低。（3）金屬氧化物法金屬氧化物所形成的堿性溶液，亦可作為 SO2的吸收劑。主要有堿性硫酸鋁—石膏法；氧化鋅溶液吸收法；氧化錳法等。（4）活性炭法活性炭通常具有較大的內表面積，是一種良好的吸收劑。當尾氣中的 SO2在一定條件下通過活性炭層時，被活性炭表面吸附。在 100℃以下主要為物理吸附，提高溫度后，從物理吸附轉向化學吸附。在活性炭表面，吸附態(tài)的 SO2和吸附態(tài)的氧作用，形成吸附態(tài)SO3，有水存在時，便形成硫酸。（5）控制 SO2排放的其他方法這類方法主要有稀釋法，CIL 法，調節(jié)供氣法等。 硫酸工業(yè)的重要性及其發(fā)展 硫酸在國民經濟中的重要性 硫酸是化學工業(yè)的重要產品，又是許多工業(yè)生產的重要原料。硫酸常常被列為國家主要化工產品之一，人們往往用硫酸的年產量來衡量一個國家的化工生產能力。硫酸在國民經濟的各個方面都具有廣泛用途，在有關化學工業(yè)方面尤其重要。硫酸所以被譽為化學工業(yè)的發(fā)動機。硫酸是一種非常重要的化工原料，幾乎所有的工業(yè)都直接或間接地用到它。硫酸最大消費者是化肥工業(yè)，用以制造磷酸、過磷酸鈣和硫酸銨。在石油工業(yè)中,硫酸用于產品的精煉。鋼鐵工業(yè)需用硫酸進行酸洗。在有色冶金工業(yè)中，需用硫酸配制電解液。硫酸是硝化工序不可缺少的脫水劑。硫酸還是現(xiàn)代氟工業(yè)的基礎。其他如制革、造紙、電鍍、印染、醫(yī)藥、農藥、煉焦、蓄電池、合成洗滌劑等生產也都需用硫酸。硫酸也是十分重要的化工基礎原料，被人稱為化工之母，衡量一個國家或者一個地區(qū)的經濟是否發(fā)達，首先就看這個地區(qū)的硫酸產量 [3]。我國的硫酸工業(yè)開始于 19 世紀，19 世紀 70 年代以前，我們過的硫酸基本依靠進口，用黃金交換?，F(xiàn)在我國的硫酸工業(yè)飛速發(fā)展，從 1949 年的年產 4 萬噸，到 2022 年的 2356 萬噸每年，以每年 20%的高速增加。 自從加入 WTO 后，中國徹底的打破了資源的局限性，在全球范圍內對資源進行優(yōu)化配置，硫酸的工業(yè)原料也根據(jù)國際市場進行重組，一統(tǒng)天下的硫鐵礦制酸，幾年之內就被逼退到只剩半壁江山。2022 年全國也將關閉四萬噸以下的硫鐵礦制酸，硫磺制酸法受到制酸界的廣泛關注。我國的硫磺資源較少，年產量常年維持在 30 萬噸，根據(jù)有關部門預測我們過未來的 1015 年內，為滿足對油品的需求，原油進口量將達到一億噸。其中大部分為中東高硫原油，其加工中必然產生大量的硫化氫氣體；同時內地煉油廠對原油的深度加工，也會產生大量酸性氣體。因此，我國硫磺的回收總產量在未來的 510 年間預計可達到 100150 萬噸，除去工業(yè)上用硫磺 3040 萬噸，還有 100 萬噸以上的硫磺可共用于硫酸的生產。 2022 年我國的硫酸表現(xiàn)消費量為 萬噸。其中磷復合肥占 %，增加 18%；其他化肥消耗 %；非化肥用酸 %增加 %雖然國內產量增加很快，但還是無法完全滿足需求。2022 年進口硫磺 499 萬噸，比上年增加 22%；進口硫酸 萬噸，與上年基本持平。同時我國硫酸的產量也達到了 萬噸，增加 %，擺脫了長期以來位居次席的地位，超越了美國的 30503100 萬噸。由于硫磺進口價位一直居高不下。部分硫磺制酸裝置改回硫鐵礦制酸，使硫鐵礦制酸的產量達到了 萬噸，比 2022 年增加了 %，占總產量 %；硫磺制酸產量為 萬噸，占總產量的 %；冶煉煙氣制酸產量為 萬噸，占總產量 %；磷石膏以及其他制酸產量為 萬噸。 2022 年硫酸產量以及市場顯現(xiàn)多年的未見的好形勢，其中有兩個原因：一是從2022 年底開始，中央緊抓三農問題，出臺一系列對化肥企業(yè)的好政策，促進了磷復合肥特別是高濃度磷復合肥的生產，復合肥每月以同比 20%以上的速度增加；二是國民經濟的快速增長，增加了對硫酸的需求，因此，2022 年硫酸每月的產量同比增長都在 18%以上，全國硫酸市場上一度出現(xiàn)供不應求的形勢，價格一路上揚。2022 年全國硫酸產量 萬噸，同比增加了 %其中產量最大的是云南。2022 年 12 月總產量為 萬噸，比 2022 年同期 增加了 %。預計 2022年硫酸產量可超過 4400 萬噸，同比增加 %；其中硫磺制酸 2022 萬噸，同比增加 %；冶煉煙氣制酸 900 萬噸，同比增加 %；硫鐵礦制酸 1450 萬噸同比增加 %；其他制酸 55 萬噸，與去年基本持平。進口硫酸 175 萬噸，由于韓國硫酸減少，總進口量比 2022年進一步下降。2022 年 利用廢熱能源，硫資源帶來的廢熱能源是硫酸行業(yè)得天獨厚的優(yōu)勢，石油、天然氣、煤等主要能源原料的供不應求更加反映出硫酸行業(yè)廢熱能源的彌足珍貴。對國內硫酸企業(yè)來說和國際市場完全平等的接軌將意味著硫酸價格的進一步下降。目前，西北歐的硫酸企業(yè)出售硫酸廢熱能源獲得的利潤，已經遠遠超過了銷售硫酸獲得的利潤。因此充分利用硫酸系統(tǒng)高中低溫位廢熱能源是十分必要的。我國現(xiàn)有利用硫酸系統(tǒng)的中壓蒸汽發(fā)電的硫酸企業(yè)只占硫酸企業(yè)總數(shù)的 %，數(shù)量太少，應該積極利用熱管技術等新技術回收硫酸中的廢熱，提高我國硫酸廢熱的回收水平。對于中國的硫酸工業(yè)來說, 21 世紀是一個全新的發(fā)展階段, 加入WTO 所產生的影響是巨大而深遠的。 資源的全球化配置、國外資金與技術的全面介入, 必將打破中國硫酸工業(yè)的原有格局, 我們的技術水平、生產管理水平也將因此而躍上一個新的臺階。對于企業(yè)來說,機遇與挑戰(zhàn)并存, 只要迅速樹立“國際準則 ”觀念, 及時調整發(fā)展方略、不斷提高競爭實力,就能夠成功地立足于國內乃至國際硫酸市場。面對未來, 我們充滿信心：經過入世風雨的滌蕩之后，中國必將躋身于世界硫酸強國之林。環(huán)保達標成為企業(yè)生存的首要條件。21 世紀是綠色的世紀，實施的是可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，企業(yè)的命運與環(huán)境的關系比以往任何時候都更為緊密。依照我國目前《大氣污染物綜合排放標準》 ，新建裝置的二氧化硫的最高允許排放濃度為 960mg/m3。大型裝置，特別是硫磺裝置，只要設計合理、管理嚴格完全可以達到這一標準。因此硫磺制硫酸擁有很好的的工業(yè)使用前景。 硫酸工業(yè)的發(fā)展硫酸工業(yè)已有 200 多年的歷史。早期的硫酸生產采用硝化法，此法按主體設備的演變又有鉛室法和塔式法之分。19 世紀后期，接觸法獲得工業(yè)應用，目前已成為生產硫酸的主要方法。在我國，1874 年，天津機械局淋硝廠建成中國最早的鉛室法裝置，1876 年投產，日產硫酸約 2t，用于制造無煙火藥。1934 年，中國第一座接觸法裝置在河南鞏縣兵工廠分廠投產。 　　1949 年以前，中國硫酸最高年產量為 180kt(1942)。1983 年硫酸產量達 （不包括臺灣?。?僅次于美國、蘇聯(lián)，居世界第三位。1951 年，研制成功并大量生產釩催化劑，此后還陸續(xù)開發(fā)了幾種新品種。1956 年，成功地開發(fā)了硫鐵礦沸騰焙燒技術，并將文氏管洗滌器用于凈化作業(yè)。1966 年,建成了兩次轉化的工業(yè)裝置,成為較早應用這項新技術的國家。在熱能利用、環(huán)境保護、自動控制和裝備技術等方面，也取得了豐碩成果。由于硫酸與化肥、繼而與糧食之間的密切關系，硫酸工業(yè)在我國國民生計中占有舉足輕重的地位，一直是個備受關注的行業(yè)。改革開放以來，硫酸工業(yè)得到了迅速發(fā)展，其產業(yè)結構、原料構成、裝置規(guī)模、技術裝備水平、廢物排放指標全然今非昔比，正在以嶄新的面貌邁入現(xiàn)代化工的行列。雖然我國硫酸工業(yè)取得了令人矚目的成就，但是，我國只是一個硫酸生產大國，而不是硫酸生產強國。從技術方面來看，其工藝設計、設備制造、催化劑性能、廢熱回收率等與國外先進水平仍有一定的差距。因此，堅持與時俱進、堅持技術創(chuàng)新，是我國硫酸工業(yè)實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的唯一途徑。隨著全球經濟一體化戰(zhàn)略的推進，我國目前這種以本國資源為主要原料、中小型企業(yè)星羅棋布的產業(yè)結構最終將徹底打破，取而代之的是與國際市場競爭規(guī)則相適應的體系。生產裝置的大型化、環(huán)保意識的極限增強、技術裝備水平的全方位提升、能源工廠設計理念的廣為接納，這些目前發(fā)達國家已經實現(xiàn)或正在追尋的目標必將成為新世紀我國硫酸工業(yè)的現(xiàn)實。 本次設計主要研究內容本次設計的主題是年產 7 萬噸硫酸車間干吸工段的工藝設計，采用的是兩轉兩吸的轉化工藝，對干吸工段進行了物料衡算和熱量衡算，其中主要對此工段的主要設備干燥塔、吸收塔和換熱器進行了初步的設計。第 2章 生產工藝 兩次吸收法生產硫酸流程圖圖 兩次吸收的干吸崗位流程 [2]1．干燥塔；；；；；；； 干燥、一吸及二吸系統(tǒng)流程說明由凈化工段來的爐氣，從干燥塔的底部進入，與塔頂噴淋的濃硫酸逆流接觸，被吸收了水的硫酸從塔底引出進入酸循環(huán)槽，且其濃度降低，為了維持酸濃，由吸收工段引來 98%H2SO4，串入酸循環(huán)槽中。噴淋酸由于吸水放熱，酸溫上升。酸循環(huán)液由酸泵打出，一部分引入酸冷卻排管，經冷卻后作為噴淋酸，一部分串入吸收工段的酸循環(huán)槽。吸收酸由塔頂進入，與來自下部的轉化器逆流接觸，吸收了 SO3 的硫酸從塔底引出時，其濃度提高了。為了維持入塔噴淋酸濃度的穩(wěn)定，在干燥塔與吸收塔之間串酸，并加入補充水。隨著 SO3 吸收的進行，釋放出大量的反應熱和溶解熱，同時，還進行著汽、液兩相之間的傳熱，使塔內酸溫提高。在串酸過程中，酸溫亦有變化。故吸收塔在入塔前必須經過冷卻。吸收了 SO3 的酸被引入酸循環(huán)槽。再由泵抽出，一部分串入干燥系統(tǒng)，一部分作為吸收酸。另外還有一部分酸直接從酸循環(huán)槽引出作為成品酸到酸貯槽。二次轉化爐來的轉化氣進入第二吸收塔底，與下降的吸收酸形成逆流，其中 SO3 基本被吸收完全，則 SO3 的利用率可達 %。 工藝計算的基礎數(shù)據(jù) 干燥塔基礎數(shù)據(jù)表 干燥塔基礎數(shù)據(jù)項目 干燥塔氣體進口溫度/℃ ﹤40氣體出口溫度/℃ 40～50淋灑酸進口溫度/℃ ﹤45淋灑酸出口溫度/℃ 50～60淋灑酸濃度/% 93～95淋灑密度/(m 3/m2h) 15～20塔的操作速度/(m/s) ～出塔氣體含水量/(g/m 3） 效率/% ﹥99 兩轉兩吸的吸收塔基礎數(shù)據(jù)表 兩轉兩吸吸收塔項目 一吸塔 二吸塔氣體進口溫度/℃ 130～150 120～180氣體出口溫度/℃ 50～70 50～70淋灑酸進口溫度/℃ 45～55 45～55淋灑酸出口溫度/℃ 60～70 50～65淋灑酸濃度/%/ 98 98淋灑密度/(m 3/m2h) 15～30 15～30塔的操作速度/(m/s) ～ ～效率/% ﹥99 ﹥99（表 、表 見《硫酸工作手冊》 [2]第 3章 工藝計算 原始數(shù)據(jù) 產量本設計生產能力 7 萬噸／年，按年開車 7200h 計算，可知車間每小時硫酸的生產量為： ，以 0℃ 為 基 準 。ht/?? 爐氣成分SO2： ； O2 ：； N2 ：； 爐氣水分含量 進酸濃度干燥塔進酸濃度 93%；出酸濃度≥%。吸收塔進酸濃度 98%；出酸濃度～%。 轉化率及吸收率一次轉化率 92%；二次轉化率 99%吸收率 99%。 干燥塔及其循環(huán)槽的工藝計算 干燥塔及循環(huán)槽的物料衡算（1）進干燥塔氣體成分hkmolOHhkolNhkolS /)(.0: /: /?????進干燥塔爐氣成分如下表 所示：表 進干燥塔爐氣成分項目 kmol/h kg/h m3/h %SO2 O2 N2 ∑ H2O （2）干燥塔出口氣體含水量設出干燥塔氣體中含水量為 ，則干燥塔出口氣體含水量為： hkmol/..??（3）吸收塔循環(huán)酸與干燥塔循環(huán)酸對串酸量設：93% 硫酸—98% 硫酸串酸量為 x（kg/h） ；98%硫酸—93%硫酸串酸量為 y（kg/h ） 。由 平衡得： （）OH2 xy???%由 平衡得： （）3Sxy95%80 （）將式（33 ）帶入式（31 ）： hkgxyy/.%6.?????設出干燥塔氣體中含水量為 ，則干燥塔出口氣體含水量為：